第4章 弯曲工艺及弯曲模具电子教材Word文档格式.docx

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（3）在弯曲变形区内板料厚度略有变薄。

（4）从弯曲件变形区域的横断面看，变形有两种情况：

①对于窄板（B＜3t），弯曲内侧材料受到切向压缩后，便向宽度方向流动，使板宽增大；

而在弯曲区外侧的材料受到切向拉延后，则宽度变窄，结果使断面略呈扇形。

②对于宽板（B＞3t），由于弯曲时宽度方向变形阻力大，材料不易流动，因此弯曲后在宽度方向无明显变化，断面仍为矩形。

4.1.2弯曲变形时的应力与应变

如前所述，板料相对宽度B／t直接影响板料沿宽度方向的应变，进而影响其应力，因此随着B／t，的不同，具有不同的应力-应变状态。

窄板和宽板塑性弯曲时的应力-应变状态，如图4—5所示。

1．窄板

弯曲时，在切线方向上的应力应变最大，其弯曲处内侧应力为压应力－σ1、应变为压应变－ε1，外侧应力为拉应力＋σ1，应变为拉应变十ε1；

在宽度方向上，弯曲处内侧应变为拉应变十ε1，外侧应变为压应变－ε2。

由于材料在宽度方向上能自由变形，所以弯曲处内、外侧的应力都接近于零（σ2≈0）；

在厚度方向上，由于表层材料对里层材料产生挤压，因此，弯曲处内、外侧的应力均为压应力一σ3，其应变根据体积不变的原则，即有ε1十ε2十ε3＝0，如果知道一个最大主应变，则另外两个主应变的符号必然与最大主应变相反，或者其中一个主应变为零。

在图4—5（a）中，弯曲内侧的切向压缩应变是最大主应变－ε1，则厚度方向的应变为拉应变十ε3。

同理，弯曲外侧的切向拉延应变是最大主应变十ε1，而厚度方向的应变则为压应变－ε3。

图4-5弯曲变形时的应力与应变

2．宽板

宽板弯曲时，在切向和厚度方向的应力应变与窄板相同，只有在宽度方向上，由于宽度大，沿宽度方向变形困难，因而宽度基本不变，弯曲处内、外侧的应变均为零（ε2＝0），在弯曲处内侧拉延受阻，应力为压应力一σ2，在外侧压缩受阻，应力为拉应力＋σ2，见图4—5（b）。

综上所述，窄板在弯曲时为平面（两向）应力状态和立体（三向）应变状态，宽板则为立体应

力状态和平面应变状态。

4.2弯曲件的质量问题及控制

弯曲是一种变形工艺，由于弯曲变形过程中变形区应力应变分布的性质、大小和表现形态不尽相同，加上板料在弯曲过程中要受到凹模摩擦阻力的作用，所以在实际生产中弯曲件容易产生许多质量问题，其中常见的是弯裂、回弹、偏移、翘曲与剖面畸变。

4.2.1弯裂及其控制

弯曲时板料的外侧受拉伸，当外侧的拉伸应力超过材料的抗拉强度以后，在板料的外侧将产生裂纹，此种现象称为弯裂。

实践证明，板料是否会产生弯裂，在材料性质一定的情况下，主要与弯曲半径r与板料厚度t的比值r／t（称为相对弯曲半径）有关，r／t越小，其变形程度就越大，越容易产生裂纹。

图4—6弯曲变形

1．最小相对弯曲半径

如图4—6所示，设中性层半径为ρ，弯曲中心角为α，则最外层金属（半径为R）的伸长率δ外为

δ外=

=

设中性层位置在半径为ρ=r十t／2处，且弯曲后厚度保持不变，则R=r+t，故有

δ外=（r+t）-（r+t/2）/（r+t/2）=1/（2r/t+1）（4-1）

如将δ外以材料断后伸长率δ代入，则r／t转化为rmin／t，且有

rmin/t=（1-δ）/2δ（4-2）

从式（4—1）及式（4—2）可以看出，相对弯曲半径r／t越小，外层材料的伸长率就越大，即板料切向变形程度越大，因此，生产中常用r／t来表示板料的弯曲变形程度。

当外层材料的伸长率达到材料断后伸长率后，就会导致弯裂，故称rmin／t为板料不产生弯裂时的最小相对弯曲半径。

影响最小相对弯曲半径的因素很多，主要有以下几种。

（1）材料的塑性及热处理状态材料的塑性越好，其断后伸长率δ越大，由式（4—2）可以看出rmin／t就越小。

经退火处理后的坯料塑性较好，rmin／t小些。

经冷作硬化的坯料塑性降低，rmin／t就大些。

（2）板料的表面和侧面质量板料的表面及侧面（剪切断面）的质量差时，容易造成应力集中并降低塑性变形的稳定性，使材料过早地破坏。

对于冲裁或剪裁的坯料，若未经退火，由于切断面存在冷变形硬化层，也会使材料塑性降低。

在这些情况下，均应选用较大的相对弯曲半径。

（3）弯曲方向板料经轧制以后产生纤维组织，使板料性能呈现明显的方向

图4—7板料纤维方向对最小相对弯曲半径的影响

性。

一般顺着纤维方向的力学性能较好，不易拉裂。

因此，当弯曲线与纤维方向垂直时[见图4—7（a）]，rmin／t可取较小值；

当弯曲线与纤维方向平行时[见图4—7（b）]，rmin／t则应取较大值。

当弯曲件有两个互相垂直的弯曲线时，排样时应使两个弯曲线与板料的纤维方向成45°

夹角[见图4—7（c）]。

（4）弯曲中心角α理论上弯曲变形区外表面的变形程度只与rmin／t有关，而与弯曲中心角无关，但实际上由于接近圆角的直边部分也产生一定的变形，这就相当于扩大了弯曲变形区的范围，分散了集中在圆角部分的弯曲应变，从而可以减缓弯曲时弯裂的危险。

弯曲中心角愈小，减缓作用愈明显，因而rmin／t可以越小。

由于上述各种因素对rmin／t的综合影响十分复杂，所以rmin／t的数值一般用试验方法确定。

各种金属材料在不同状态下的最小相对弯曲半径的数值可查表。

2．控制弯裂的措施

为了控制或防止弯裂，一般情况下应采用大于最小相对弯曲半径的数值。

当零件的相对弯曲半径小于表4-1所列数值时，可采取以下措施。

（1）经冷变形硬化的材料，可采用热处理的方法恢复其塑性。

对于剪切断面的硬化层，还可以采取先去除然后再进行弯曲的方法。

（2）去除坯料剪切面的毛刺，采用整修、挤光、滚光等方法降低剪切面的表面粗糙度值。

（3）弯曲时将切断面上的毛面一侧处于弯曲受压的内缘（即朝向弯曲凸模）。

（4）对于低塑性材料或厚料，可采用加热弯曲。

（5）采取两次弯曲的工艺方法，即第一次弯曲采用较大的相对弯曲半径，中间退火后再按零件要求的相对弯曲半径进行弯曲。

这样就使变形区域扩大，每次弯曲的变形程度减小，从而减小了外层材料的伸长率。

（6）对于较厚板料的弯曲，如果结构允许，可采取先在弯角内侧开出工艺槽后再进行弯曲的工艺。

4.2弯曲件的质量问题及控制

（2）

4.3弯曲件的工艺性

1．了解弯曲回弹现象，掌握弯曲回弹值的确定及控制回弹的措施；

2．了解弯曲偏移及控制方法；

3．掌握弯曲件的工艺性分析。

1．弯曲回弹现象，弯曲回弹值的确定及控制回弹的措施；

2．弯曲偏移及控制方法；

3．弯曲件的工艺性分析。

1．控制回弹的措施；

2．弯曲件的工艺性分析。

4.2.2回弹及其控制

回弹现象：

在外载荷作用下，材料产生塑性变形的同时，伴随着弹性变形。

当外载荷去掉后，弹性变形恢复，致使弯曲件的形状和尺寸都发生变化，这种现象称为回弹，如图4—9所示。

在所有冲压工序中，回弹是一个普遍现象，但在弯曲工序中，回弹是影响弯曲件质量的主要因素。

图4—9弯曲回弹

1．影响回弹的因素

（1）材料的机械性能：

回弹的大小与材料的屈服强度σs成正比，与弹性模数E成反比，即σs／E越大，则回弹越大。

在材料性能不稳定时，回弹值也不稳定。

（2）工件的相对弯曲半径r／t表示弯曲带内材料的变形程度，当其他条件相同时，回弹角随r／t，值的增大而增大。

因此，可按r／t值来确定回弹角的大小，见表4—2。

（3）弯曲件的形状：

一般弯曲U形件时比V形件的回弹角小。

（4）模具间隙：

在弯曲U形件时，凸、凹模之间的间隙对回弹有直接影响。

间隙减小，由于模具对板料产生挤薄作用，可使回弹减小。

反之，间隙越大，回弹越大。

（5）校正程度：

在弯曲终了时进行校正，可增加圆角处的塑性变形程度，从而可减少回弹。

校正程度决定于校正力的大小。

而校正力的大小是靠调整冲床滑块位置来实现的。

校正程度越大，则回弹角越小。

2．回弹值的确定

如上所述，影响回弹的因素很多，而且各因素又互相影响，用理论计算非常复杂，且不准确。

故在实际生产中，往往是根据经验来初定回弹角的大小，然后在试模时进行修正。

（1）当r／t＜5的自由弯曲时，弯曲半径的变化不大，故只考虑角度的回弹，当弯曲角度不为90°

时，回弹角应做如下修正

Δαx=αΔα90/90（4—3）

式中Δαx一弯曲角为x的回弹角；

Δα90—弯曲角为90°

的回弹角；

可查表确定

α一制件的弯曲角。

（2）当r／t＞10的自由弯曲时，由于弯曲半径较大，回弹量较大，故弯曲圆角半径及弯曲角均有较大变化。

有关资料表明，如图4—9所示，凸模的圆角半径及角度可按下式计算

RT=1/（1/r+3σs／Et）（4—4）

αT=αr/RT（4—5）

式中RT—凸模圆角半径（mm）；

r一弯曲件圆角半径（mm）；

αT—凸模圆弧中心角（度）；

α—弯曲件弯曲中心角（度）；

σs—材料屈服强度（MPa）；

E—材料弹性模数（MPa）；

t—材料厚度（mm）。

（3）校正弯曲时的回弹值校正弯曲时也不需考虑弯曲半径的回弹，只考虑弯曲角的回弹值。

弯曲角的回弹值可查表计算。

3.控制回弹的措施

在实际生产中，由于材料的力学性能和厚度的变动等，要完全消除弯曲件的回弹是不可能的，但可以采取一些措施来控制或减小回弹所引起的误差，以提高弯曲件的精度。

控制弯曲件回弹的措施有如下几种。

（1）改进弯曲件的设计

1）尽量避免选用过大的相对弯曲半径r／t。

如有可能，在弯曲变形区压出加强筋或成形边翼，以提高弯曲件的刚度，抑制回弹，如图4—10所示。

2）采用σs／E小、力学性能稳定和板料厚度波动小的材料。

如用软钢来代替硬铝、铜合金等，不仅回弹小，而且成本低，易于弯曲。

（2）采取合适的弯曲工艺

1）用校正弯曲代替自由弯曲。

2）对经冷作硬化后的材料在弯曲前进行退火处理，弯曲后再用热处理方法恢复材料性能。

对回弹较大的材料，必要时可采用加热弯曲。

图4—10加强筋减小回弹

3）采用拉弯工艺方法。

拉弯工艺如图4—11所示，在弯曲过程中对板料施加一定的拉力，使弯曲件变形区的整个断面都处于同向拉应力，卸载后变形区的内、外区回弹方向一致，从而可以大大减小弯曲件的回弹。

这种方法对于弯曲r／t很大的弯曲件特别有利。

图4—11拉弯工艺

（3）合理设计弯曲模结构

1）在凸模上减去回弹角[见图4—12（a）、（b）]，使弯曲件弯曲后其回弹得到补偿。

对U形件，还可将凸、凹模底部设计成弧形[图4—12（c）]，弯曲后利用底部向上的回弹来补偿两直边向外的回弹。

2）当弯曲件材料厚度大于0.8mm，且塑性较好时，可将凸模设计成图4—13所示的局部突起形状，使凸模作用力集中在弯曲变形区，以加大变形区的变形程度，从而减小回弹。

图4—12补偿回弹

3）对于一般较软的材料[如Q215、Q235、10、20、H62（M）等]，可增加压料力[见图4-14（a）]或减小凸、凹模之间的间隙[见图4—14（b）]，以增加拉应变，减小回弹。

图4—13凸模作用力集中减小回弹图4—14增大拉应变减小回弹

4）在弯曲件直边的端部加压，使弯曲变形区的内、外区都处于压应力状态而减小回弹，并能得到较精确的弯边高度，如图4—15所示。

图4—15在弯曲件端部加压减小回弹图4—16采用软凹模弯曲减小回弹

5）采用橡胶或聚氨酯代替刚性凹模进行软凹模弯曲，可以使坯料紧贴凸模，同时使坯料产生拉伸变形，获得类似拉弯的效果，能显著减小回弹，如图4—16所示。

4.2.3偏移及其控制

偏移：

在弯曲过程中，坯料沿凹模边缘滑动时要受到摩擦阻力的作用，当坯料各边所受到的摩擦力不等时，坯料会沿其长度方向产生滑移，从而使弯曲后的零件两直边长度不符合图样要求，这种现象称为偏移。

1．产生偏移的原因

（1）弯曲件坯料形状不对称

（2）弯曲件两边折弯的个数不相等

（3）弯曲凸、凹模结构不对称

此外，坯料定位不稳定、压料不牢、凸模与凹模的圆角不对称、间隙不对称和润滑情况不一致时，也会导致弯曲时产生偏移现象。

2．控制偏移的措施

（1）采用压料装置，使坯料在压紧状态下逐渐弯曲成形，从而防止坯料的滑动，而且还可得到平整的弯曲件，如图4-18所示。

图4-18控制偏移的措施

（2）利用毛坯上的孔或弯曲前冲出工艺孔，用定位销插人孔中定位，使坯料无法移动，如图4-19（a）、（b）所示。

（3）根据偏移量大小，调节定位元件的位置来补偿偏移，如图4-19（c）所示。

（4）对于不对称的零件，先成对地弯曲，弯曲后再切断，如图4-19（d）所示。

（5）尽量采用对称的凸、凹结构，使凹模两边的圆角半径相等，凸、凹模间隙调整对称。

图4-19控制偏移的措施

4.2.4翘曲与剖面畸变

对于细而长的板料弯曲件，弯曲后一般会沿纵向产生翘曲变形，如图4-20所示。

这是因为沿板料宽度方向（折弯线方向）零件的刚度小，塑性弯曲后，外区（a区）宽度方向的压应变－εφ和内区（b区）宽度方向的拉应变十εφ得以实现，结果使折弯线凹曲，造成零件的纵向翘曲。

当板弯件短而粗时，因为零件纵向的刚度大，宽度方向的应变被抑制，弯曲后翘曲则不明显。

翘曲现象一般可通过采用校正弯曲的方法进行控制。

剖面畸变是指弯曲后坯料断面发生变形的现象。

窄板弯曲时的剖面畸变如图4-5（a）所示。

弯曲管材和型材时，由于径向压应力εt，的作用，也会产生如图4-21所示的剖面畸变现象。

另外，在薄壁管的弯曲中，还会出现内侧面因受宽向压应力εθ的作用而失稳起皱的现象，因此弯曲时管中应加填料或芯棒。

图4-20弯曲后翘曲变形图4-21管材和型材的剖面畸变

弯曲件的工艺性是指弯曲件的结构形状、尺寸、精度、材料及技术要求等是否符合弯曲加工的工艺要求。

具有良好工艺性的弯曲件，能简化弯曲工艺过程及模具结构，提高弯曲件的质量。

4.3.1弯曲件的材料

弯曲件的材料，要求具有足够的塑性，屈弹比σs／E和屈强比σs／σb小。

足够的塑性和较小的屈强比能保证弯曲时不开裂，较小的屈弹比能使弯曲件的形状和尺寸准确。

最适宜于弯曲的材料有软钢、黄铜和铝等。

脆性较大的材料，如磷青铜、铍青铜、弹簧钢等，要求弯曲时有较大的相对弯曲半径r／t，否则容易发生裂纹。

对于非金属材料，只有塑性较大的纸板、有机玻璃才能进行弯曲，而且在弯曲前坯料要进行预热，相对弯曲半径也应较大，一般要求r／t＞3～5。

4.3.2弯曲件的形状尺寸及其精度

1．弯曲件的结构与尺寸

（1）弯曲件的形状

弯曲件的形状应尽可能对称，弯曲半径左右一致，以防止弯曲变形时坯料受力不均匀而产生偏移。

有些虽然形状对称，但变形区附近有缺口的弯曲件，若在坯料上先将缺口冲出，弯曲时会出现叉口现象，严重时难以成形，这时应在缺口处留连接带，弯曲后再将连接带切除，如图4-22（a）、（b）所示。

为了保证坯料在弯曲模内准确定位，或防止在弯曲过程中坯料的偏移，最好能在坯料上预先增添定位工艺孔，如图4-22（b）、（c）所示。

图4-22增添连接带和定位工艺孔的弯曲件

（2）弯曲件的相对弯曲半径

弯曲件的相对弯曲半径r／t应大于最小相对弯曲半径（见表4—1），但也不宜过大。

因为相对弯曲半径过大时，受到回弹的影响，弯曲件的精度不易保证。

（3）弯曲件的弯边高度

弯曲件的弯边高度不宜过小，其值应为h＞r+2t，如图4—23（a）所示。

当h

图4-23弯曲件的弯边高度

较小时，弯边在模具上支持的长度过小，不容易形成足够的弯矩，很难得到形状准确的零件。

当零件要求h＜r+2t时，则需预先在圆角内侧压槽，或增加弯边高度，弯曲后再切除，如图4-23（b）所示。

如果所弯直边带有斜角，则在斜边高度小于r+2t的区段不可能弯曲到要求的角度，而且此处也容易开裂[见图4-23（c）]，因此必须改变零件的形状，加高弯边尺寸，如图4-23（d）所示。

（4）弯曲件的孔边距

带孔的板料弯曲时，如果孔位于弯曲变形区内，则弯曲时孔的形状会发生变形，因此必须使孔位于变形区之外，如图4-24所示。

一般孔边到弯曲半径r中心的距离要满足以下关系。

图4-24弯曲件的孔边距离图4-25防止弯曲时孔变形的措施

当t＜2mm时，L≥t

当t≥2mm时，L≥2t

如果上述关系不能满足，在结构许可的情况下，可在靠变形区一侧预先冲出凸缘形缺口或月牙形槽[见图4-25（a）、（b）]，也可在弯曲线上冲出工艺孔[见图4-25（c）]，以改变变形范围，利用工艺变形来保证所需孔不产生变形。

（5）避免弯边根部开裂

在局部弯曲坯料上的某一部分时，为避免弯边根部撕裂，应使不弯部分退出弯曲线之外，即保证b≥r[见图4-23（a）L如果条件b≥r不能满足，可在弯曲部分和不弯部分之间切槽[见图4-26（a），槽深l应大于弯曲半径R]，或在弯曲前冲出工艺孔[见图4-26（b）]。

图4-26避免弯边根部开裂的措施

（6）弯曲件的尺寸标注

弯曲件尺寸标注不同，会影响冲压工序的安排。

例如，图4-27所示是弯曲件孔的位置尺寸的三种标注方法，其中采用图（a）所示的标注方法时，孔的位置精度不受坯料展开长度和回弹的影响，可先冲孔落料（复合工序），然后再弯曲成形，工艺和模具设计较简单；

图（b）、（c）所示的标注法，受弯曲回弹的影响，冲孔只能安排在弯曲之后进行，增加了工序，还会造成许多不便。

图4-27弯曲件的尺寸标注

2.弯曲件的精度

弯曲件的精度受坯料定位、偏移、回弹、翘曲等因素的影响，弯曲的工序数目越多，精度也越低。

对弯曲件的精度要求应合理，一般弯曲件长度的尺寸公差等级在ITl3级以下，角度公差大于15′。

4.4弯曲件毛坯尺寸的确定

4.5弯曲力的计算

4.6弯曲工序及弯曲模

（1）

1．掌握应变中性层的确定及毛坯尺寸的计算方法；

2．掌握弯曲力的计算及弯曲时压力机标称压力的选择；

3．了解弯曲工序的安排。

1．应变中性层的确定及毛坯尺寸的计算方法；

2．压力机标称压力的选择；

3．弯曲工序的安排。

1．毛坯尺寸的计算；

2．弯曲工序的安排。

弯曲件展开尺寸的计算基础是应变中性层在弯曲前后长度保持不变。

4.4.1弯曲中性层位置的确定

由于在塑性弯曲时，中性层的位置要发生位移，所以，计算中性层展开长度，首先应确定中性层位置。

中性层位置以曲率半径表示（见图4—28），常用下面经验公式确定

p=r+xt（4—9）

式中r—弯曲件的内弯曲半径；

t—材料厚度；

x—中性层位移系数，见表。

图4—28中性层位置图4—29r／t>

0.5的弯曲

4.4.2弯曲件坯料尺寸的确定

弯曲件的展开长度等于各直边部分长度与各圆弧部分长度之和。

直边部分的长度是不变的，而圆弧部分的长度则需考虑材料的变形和中性层的位移。

1．r／t＞0.5的弯曲件

r／t＞0.5的弯曲件由于变薄不严重，按中性层展开的原理，坯料总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和（见图4—29），即

2．r／t＜O.5的弯曲件

对于r／t＜0.5的弯曲件，由于弯曲变形时不仅零件的圆角变形区产生严重变薄，而且与其相邻的直边部分也产生变薄，故应按变形前后体积不变条件来确定坯料长度。

经验公式可查表确定。

3．铰链式弯曲件

对于r=（0.6～3.5）t的铰链件（见图4-30），通常采用推圆的方法（见图4-55）成形，在卷圆过程中板料有所增厚，中性层发生外移，故其坯料长度Lz可按下式近似计算

Lz=l+1.5π（r+xlt）+r≈l+5.7r+4.7xlt（4—11）

式中l—直线段长度；

r—铰链内半径；

xl—中性层位移系数，查表。

需要指出，上述坯料长度计算公式只能用于形状比较简单、尺寸精度要求不高的弯曲件。

对于形状比较复杂或精度要求高的弯曲件，在利用上述公式初步计算坯料长度后，还需反复试弯，不断修正，才能最后确定坯料的形状及尺寸。

这是因为很多因素没有考虑，可能产生较大的误差，故在生产中宜先制造弯曲模，后制造坯料的落料模。

图4-30铰链式弯曲件图4—31V形支架

例4．1计算图4-31所示弯曲件的坯料展开长度。

解零件的相对弯曲半径r／t＞0.5，故坯料展开长度公式为

Lz＝2（l直1＋l直2＋l弯1＋l弯2）

R4圆角处，r／t＝2，查表4—6，x＝0.38；

R6圆角处，r／t＝3，查表4—8，x＝0.40。

故

l直1＝EF＝[32.5—（30×

tan30°

＋4×

）]=12．87（mm）

l直2＝BC＝[30/cos30°

—（8×

tan60°

）]=18．47（mm）

l弯1＝π×

60/180（4＋o.38×

2）＝4.98（mm）

l弯2＝π×

60/180（6＋0.40×

2）＝7.12（mm）

则坯料展开长度Lz＝2×

（12.87＋18.47＋4.98＋7.12）＝86.88（mm）

弯曲力是设计弯曲模和选择压力机的重要依据之一。

弯曲力不仅与弯曲变形过程有关，还与坯料尺寸、材料性能、零件形状、弯曲方式、模具结构等多种因素有关，因此用理论公式来计算弯曲力不但计算复杂，而且精确度不高。

实际生产中常用经验公式来进行概略计算。

1．自由弯曲时的弯曲力

V形件弯曲力

F自＝0.6KBt2σb/（r＋t）（4-12）

U形件弯曲力

F自＝0.7KBt2σb/（r＋t）（4-13）

式中F自—自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力，N；

B—弯曲件的宽度，mm；

r—弯曲件的内弯曲半径，mm；

t—弯曲件材料厚度，mm；

σb